Điện phân (với điện cực trơ, màng ngăn) dung dịch chứa hỗn hợp CuSO4 và NaCl (tỉ lệ mol 1 : 1) bằng dòng điện một chiều ?
Điện phân (với điện cực trơ, màng ngăn) dung dịch chứa hỗn hợp CuSO4 và NaCl (tỉ lệ mol 1 : 1) bằng dòng điện một chiều có cường độ ổn định. Sau t (h), thu được dung dịch X và sau 2t (h), thu được dung dịch Y. Dung dịch X tác dụng với bột Al dư, thu được a mol khí H2. Dung dịch Y tác dụng với bột Al dư, thu được 4a mol khí H2. Phát biểu nào sau đây sai?
A. Tại thời điểm 2t (h), tổng số mol khí thoát ra ở hai cực là 9a mol.
B. Khi thời gian là 1,75t (h), tại catot đã có khí thoát ra.
C. Tại thời điểm 1,5t (h), Cu2+ chưa điện phân hết.
D. Nước bắt đầu điện phân tại anot ở thời điểm 0,75t (h).
Đáp án D
Giải:● Đặt nCuSO4 = nNaCl = 2 mol (tự chọn lượng chất)
● Các ion SO42– và Na+ không điện phân nên ta có thể xem phản ứng điện phân của hỗn hợp này gồm 3 quá trình:
+ CuCl2 \(\xrightarrow[]{dp} \) Cu + Cl2 (1)
+ Cu2+ + H2O \(\xrightarrow[]{dp} \) Cu + 2H+ + \(\dfrac{1}{2}\) O2 (2)
+ H2O \(\rightarrow\) H2 + \(\dfrac{1}{2}\) O2 (khi Cu2+ đã hết) (3)
● Ở t giờ:
Do X tác dụng Al tạo H2 nên đã có phản ứng (2) xảy ra \(\Rightarrow\) nCu2+ ở (2) = \(\dfrac{n_{H^{+}}}{2}\) = nH2 tạo thành = a
Và nCu2+ ở (1) = \(\dfrac{n_{Cl^{-}}}{2}\) = 1
\(\Rightarrow\) ne/ t giờ = (1 + a) * 2 = 2 + 2a
● Ở 2t giờ:
ne/ 2t giờ = 2ne/ t giờ = 4 + 4a
Nếu sau 2t giờ, catot chưa sinh H2, tức là vẫn chỉ có phản ứng (2) xảy ra thì nH+ = 4 + 4a – 1 * 2 = 2 + 4a \(\Rightarrow\) nH2 = 1 + 2a
\(\Rightarrow\) 1 + 2a = 4a \(\Rightarrow\) a = 0,5 \(\Rightarrow\) nH+ = 2 + 4 * 0,5 = 4 > 2 = nCu2+ \(\Rightarrow\) Vô lí.
Từ đây ta suy ra ở 2t giờ đã có tạo H2 ở catot (tức là có phản ứng (3)).
● Do đó: nH2/ phản ứng Al = nCu2+/ (2) = 1 \(\Rightarrow\) 4a = 1 \(\Rightarrow\) a = 0,25 mol
Bảo toàn e ở catot: 2nCu + 2nH2/ catot = ne/ 2t giờ
\(\Rightarrow\) nH2/ catot = \(\dfrac{4 + 4a - 2 * 2}{2}\) = 2a = 0,5 mol
● Vậy ∑nkhí/ 2t giờ = nH2 + nCl2 + nO2 = 0,5 + 1 + \(\dfrac{2 + 4a}{4}\) = 2,25 = 9a
\(\Rightarrow\) A đúng.
● Sau 1,75t giờ thì ne = 1,75 * ( 2 + 2a ) = 4,375 > 2 * 2 \(\Rightarrow\) Đã có khí ở catot \(\Rightarrow\) B đúng.
● Sau 1,5t giờ thì ne = 1,5 * (2 + 2a ) = 3,75 < 2 * 2 \(\Rightarrow\) Cu2+ chưa điện phân hết. \(\Rightarrow\) C đúng.
● Sau 0,75t giờ thì ne = 0,75 * (2 + 2a ) = 1,875 < 2 = nCl– \(\Rightarrow\) Chưa có điện phân H2O ở anot \(\Rightarrow\) D sai.
Đáp án D.
